焦化行業(yè)污水處理A-A-O工藝

1、摘要：根據(jù)本溪北營(yíng)鋼鐵公司的實(shí)際污水處理工程建設(shè)與運(yùn)行調(diào)試情況,            介紹了焦化廢水A-A/O系統(tǒng)的工藝流程和原理，并對(duì)開工調(diào)試中污泥培養(yǎng)馴化及影響硝化反硝化反應(yīng)的因素進(jìn)行了探討。 關(guān)鍵詞：焦化廢水 硝化反硝化 運(yùn)行管理1 前言   焦化廢水是在原煤高溫干餾、煤氣凈化和化工產(chǎn)品精制過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，其主要來(lái)源有三個(gè)：一是剩余氨水，它是在煤干餾及煤氣冷卻中產(chǎn)生出來(lái)的廢水，其水量占焦化廢水總量的一半以上，是焦化廢水的主要來(lái)源；二是在煤氣凈化過(guò)程中產(chǎn)生出來(lái)的廢水，如煤氣終冷水和粗苯分

2、離水等；三是在焦油、粗苯等精制過(guò)程中及其它場(chǎng)合產(chǎn)生的廢水。焦化廢水是含有大量難降解有機(jī)污染物的工業(yè)廢水，其成分復(fù)雜，含有大量的酚、氰、苯、氨氮等有毒有害物質(zhì)，超標(biāo)排放的焦化廢水對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。    目前，國(guó)內(nèi)約有50%焦化廠使用傳統(tǒng)的好氧污泥法處理廢水1，雖然出水的酚、氰、BOD5基本達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)氨氮和onclick="g('COD');">CODcr值一直很難達(dá)標(biāo)。    北營(yíng)鋼鐵集團(tuán)焦化公司一煉焦焦化廢水處理系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的活性污泥工藝，其出水onclick="g('COD

3、9;);">CODcr、NH3-N嚴(yán)重超標(biāo)。2000年該公司在焦?fàn)t大修改造時(shí)，又配套建成焦化化產(chǎn)回收工藝和處理能力為70m3/h的酚氰廢水處理站，采用-/工藝處理蒸氨廢水和其它廢水。經(jīng)過(guò)污泥培養(yǎng)、馴化、調(diào)試運(yùn)行，外排水中污染物達(dá)到了鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13456-1992）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。2 水質(zhì)與工藝流程2.1焦化廢水水質(zhì)目前北鋼集團(tuán)焦化公司工業(yè)廢水主要包括終冷洗滌水、粗苯分離水、剩余氨水等廢水，這些廢水全部集中在一起送往蒸氨塔蒸氨，水量不大但污染物濃度很高。具體指標(biāo)見(jiàn)表1           &#

4、160;      表1 處理站進(jìn)水指標(biāo)    種類水質(zhì)/mg.l-1PH值水量/m3.h-1          酚氰onclick="g('COD');">CODCr氨氮     進(jìn)站廢水1202000201004000100003007005.59.02545          設(shè)計(jì)值<700<20<3000<

5、;3006935           國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0.50.51502569 2.2工藝流程及原理2.2.1 工藝流程圖見(jiàn)圖12.2.2 A-A/O工藝原理  污水中的氮主要以有機(jī)氮或氨氮形式存在。有機(jī)氮可通過(guò)細(xì)菌分解和水解轉(zhuǎn)化成氨氮。生物脫氮的基本原理是先通過(guò)硝化將氨氮氧化成硝酸氮（NO3-N），再通過(guò)反硝化將硝酸氮還原成氮?dú)猓∟2）從水中逸出。   生物硝化作用包括；兩個(gè)步驟，第一步是通過(guò)亞硝酸菌的作用將氨氮氧化為亞硝酸氮（NO2-N），第二步是通過(guò)硝酸菌的作用將亞硝酸氮進(jìn)一

6、步氧化為硝酸氮。進(jìn)行硝化作用的兩類細(xì)菌都是革蘭氏陰性無(wú)牙孢桿菌，并為嚴(yán)格好氧的專性化能自養(yǎng)菌。反應(yīng)式如下：                                    式中C5H7O2N為亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌的細(xì)胞。               &#

7、160;  如果不考慮硝化過(guò)程中硝化細(xì)菌的增殖，可以下式表示硝化過(guò)程                      由上述反應(yīng)式計(jì)算可知，將1g氨氮氧化為硝酸氮需4.57g氧，并消耗7.14g堿度（以CaCO3計(jì)）。另外硝化過(guò)程產(chǎn)生酸度，對(duì)于堿度低和氨氮濃度高的廢水必須外加堿以維持硝化作用所適宜的Ph 值。硝化作用的最佳pH值范圍為8.08.4。   生物反硝化作用是反硝化細(xì)菌以有機(jī)碳為碳源，將硝酸氮還原為氮?dú)舛萑肟諝庵小７聪趸?/p>

8、細(xì)菌是兼性異氧菌。反應(yīng)式為：                        由上述反應(yīng)式計(jì)算可知，每還原1g硝酸氮可提供3.74g堿度（以CaCO3計(jì)）。另外欲去除4個(gè)硝酸氮必須提供5個(gè)有機(jī)碳。1個(gè)碳氧化成二氧化碳需2個(gè)氧，5個(gè)碳折算成BOD值為160（32×5=160），因此理論上反硝化池的BOD/TN必須大于2.86（32×5）/（14×4）=2.86，這樣才能滿足反硝化細(xì)菌對(duì)碳源的需要。反硝化反應(yīng)在缺

9、氧條件下進(jìn)行，其適宜的pH值為中性或微堿性。如果污水中的有機(jī)物可用于反硝化反應(yīng)，則不需另加有機(jī)物，如果不具備這種條件，需另投加有機(jī)物，一般投加甲醇，此時(shí)反硝化反應(yīng)可寫為：                       -/工藝,由三段生物處理裝置組成,根據(jù)微生物存在形式不同,-/工藝又包括活性污泥法和生物膜法。該工藝將預(yù)處理的廢水依次經(jīng)過(guò)厭氧、缺氧和好氧三段處理,其特點(diǎn)在于在一般缺氧/好氧工藝（A/O）的基礎(chǔ)上增加厭氧段。厭氧段能較好地對(duì)

10、污水水解酸化,以便提高缺氧/好氧的處理效率(水解酸化促使焦化廢水可生化性提高)。目前該工藝是國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的處理焦化廢水的生物脫氮工藝。                                    圖1 酚氰處理站工藝流程圖 2.3主要構(gòu)筑物及設(shè)備2.3.1 預(yù)處理：包括重力除油池、調(diào)節(jié)池及浮選除油池等內(nèi)容。2.3.1.1重力除油池蒸氨廢水及其它酚氰廢

11、水大約35m3/h,進(jìn)入除油池，重油沉在底部，由重油泵抽送至重油罐儲(chǔ)存，經(jīng)進(jìn)一步油水分離后裝車外運(yùn)；輕油浮至除油池表面，由除油池刮油機(jī)收集到集油罐中，通過(guò)管道自流入2#吸水井。2.3.1.2調(diào)節(jié)池當(dāng)生物處理過(guò)程不穩(wěn)定或系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，來(lái)水不能進(jìn)入下段處理構(gòu)筑物時(shí)，由調(diào)節(jié)池儲(chǔ)存來(lái)水量。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行正常后，再把廢水均勻送到1#吸水井。經(jīng)泵送到除油池進(jìn)行處理。2.3.1.3浮選除油池  采用部分水加氣浮選工藝，去除乳化油。除油池出水經(jīng)泵加壓后進(jìn)入浮選器，溶氣水采用生產(chǎn)水，壓縮空氣由生產(chǎn)水經(jīng)水射器送入溶氣罐，在壓力溶氣罐中生產(chǎn)水溶入壓縮空氣，充分溶氣的生產(chǎn)水進(jìn)入浮選器，經(jīng)釋放器將水放

12、出，廢水中的乳化油與微氣泡吸附并浮至浮選器表面，由浮選器內(nèi)刮油板收集到集油槽中，通過(guò)管道進(jìn)到油水分離池中。浮選器出水經(jīng)管道自流到3#吸水井。進(jìn)水量35m3/h。2.3.2生化處理主要設(shè)施有厭氧池、缺氧池、好氧池、二沉池、污水污泥回收設(shè)施、加藥幾次消泡設(shè)施等。2.3.2.1厭氧池  浮選器出水由泵送至厭氧池，廢水與池中組合填料上生物膜（厭氧菌）充分接觸進(jìn)行生化反應(yīng)。為滿足厭氧池和生化池生化反應(yīng)需要，為微生物提供磷，在3#吸水井內(nèi)考慮了磷鹽管道，運(yùn)行中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行操作。2.3.2.2缺氧池  在此以進(jìn)水的有機(jī)物作為反硝化的碳源和能源，以回流沉淀池出水中

13、的硝態(tài)氮為反硝化的氧源，在池中組合填料上生物膜（兼性菌團(tuán)）作用下進(jìn)行反硝化脫氮反應(yīng)，使回流液中的NO2-N;NO3-N轉(zhuǎn)化為N2排出，同時(shí)降解有機(jī)物。2.3.2.3好氧池微生物的生物化學(xué)過(guò)程主要在好氧池中進(jìn)行的。廢水中的氨氮在此被氧化成亞硝態(tài)氮及硝態(tài)氮。缺氧池出水流入好氧池，與經(jīng)污泥泵提升后送回到好氧池的活性污泥充分混合，由微生物降解廢水中的有機(jī)物，充氧采用雙螺旋嚗氣器，同時(shí)對(duì)混合液進(jìn)行攪拌。另外還需投加純堿（Na2CO3）及磷鹽，純堿沿好氧池混合液流向分段投加。回流污泥量應(yīng)為好氧池處理水量的34倍。  為了均和好氧池進(jìn)水水質(zhì)，在好氧池的進(jìn)水槽中加入稀釋水，以生產(chǎn)消防水作為

14、稀釋水。   好氧池上設(shè)有消泡水管道，當(dāng)好氧池中泡沫多時(shí)，應(yīng)打開消泡水管閥門進(jìn)行消泡。2.3.2.4二沉池   好氧池末端出水管自流進(jìn)入二沉池中心管，在二沉池中進(jìn)行泥水分離。二沉池出水經(jīng)自流管道流到混凝系統(tǒng)，其中一部分出水由泵送到粉焦沉淀池進(jìn)行熄焦，多余水流到混凝沉淀系統(tǒng)的混合反應(yīng)池。二沉池分離出來(lái)的活性污泥經(jīng)回流污泥泵提升后，大部分作為回流污泥送回好氧池循環(huán)使用，剩余部分作為生化過(guò)程中產(chǎn)生的剩余污泥，送污泥濃縮池進(jìn)行濃縮處理。2.3.2.5回流沉淀池   也是用來(lái)分離好氧池出來(lái)的泥水混合液。好氧池2/3處出水自流進(jìn)入回流沉淀池中心管

15、，在回流沉淀池中進(jìn)行泥水分離。其出水經(jīng)自流管道流到4#吸水井，和厭氧池出水一起由泵送至缺氧池，經(jīng)過(guò)進(jìn)水布水器均勻布水，在缺氧池中進(jìn)行反硝化脫氮。    回流沉淀池分離出來(lái)的活性污經(jīng)管道和二沉池的活性污泥一起經(jīng)回流污泥泵提升后，作為回流污泥送回好氧池循環(huán)使用。2.3.3后混凝沉淀   進(jìn)一步降低onclick="g('COD');">COD和懸浮物，包括混合反應(yīng)池、混凝沉淀池等 2.3.3.1混合反應(yīng)池     二沉池部分出水用于熄焦后，剩余部分流入混合井，在此投加聚合硫酸鐵

16、（PFS）混凝劑，聚丙烯酰胺（PAM）助凝劑，藥劑量根據(jù)實(shí)際需要加入。而后流入絮凝反應(yīng)池，在混合攪拌機(jī)的攪拌下，混凝劑等藥劑與廢水充分混合反應(yīng)，其目的使廢水中懸浮物形成較大的絮凝體，以便從廢水分離出來(lái)，經(jīng)混合反應(yīng)池出水管道自流到混凝沉淀池進(jìn)行泥水分離。2.3.3.2混凝沉淀池     分離后的出水排入生產(chǎn)雨水排水管道，沉淀于池底的污泥經(jīng)管道送污泥濃縮池處理。2.3.4污泥處理   主要由污泥濃縮池等組成。2.3.4.1污泥濃縮池  混凝沉淀池排出的絮凝污泥和二沉池及回流沉淀池排出的剩余污泥，分別由泵送到污泥濃縮池中

17、，污泥在污泥濃縮池中濃縮，分離后的上清液經(jīng)出水槽收集，并經(jīng)管道自流回到污水提升井，進(jìn)入系統(tǒng)重新處理。   污泥濃縮池的運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行，也可按兩天排一次泥進(jìn)行操作，排泥時(shí)間約2小時(shí)，濃縮后污泥含水率應(yīng)不大于98%。     濃縮后的污泥經(jīng)污泥泵提升至槽車送到煤場(chǎng)，摻混在煤中焚燒。3 調(diào)試運(yùn)行及影響因素3.1調(diào)試運(yùn)行該焦化廠酚氰污水處理站自2003年初開始投入使用，從本鋼焦化廠接種污泥，在好氧池投加了占池容1%左右的焦化污泥，厭氧池和缺氧池未投加污泥。由于接種污泥量少且缺少污泥培養(yǎng)馴化經(jīng)驗(yàn)，故整個(gè)系統(tǒng)一直運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，至10月底好

18、氧池污泥沉降比僅為4%，蒸氨廢水處理量為13t/h，整個(gè)系統(tǒng)出水酚為140mg/l,onclick="g('COD');">COD為2000mg/l。后與大連理工大學(xué)環(huán)境工程研究設(shè)計(jì)所合作于11月初重新對(duì)生物系統(tǒng)進(jìn)行了培養(yǎng)馴化工作。根據(jù)當(dāng)時(shí)接種污泥量有限和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，決定采用對(duì)厭氧池、缺氧池和好氧池同步培養(yǎng)馴化。3.1.1厭氧池和缺氧池的培養(yǎng)馴化向厭氧池和缺氧池投加了占池容約2.5%活性污泥，控制初始蒸氨廢水負(fù)荷在10t/h，同時(shí)考慮到蒸氨廢水中氨氮、酚和氰等有毒物質(zhì)濃度較高（高于設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)），所以在厭氧池進(jìn)水處采用一倍多的工業(yè)水進(jìn)行稀釋。20天后

19、，在預(yù)先放置的供觀察生物膜情況的填料串上可看到有一層很薄的生物膜，后逐漸增加蒸氨廢水處理量。由于好氧池污泥相對(duì)增長(zhǎng)較快，在其SV達(dá)到30%以上后，于其污泥回流管道上引管至厭氧池和缺氧池，連續(xù)進(jìn)行投泥，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月后，出水onclick="g('COD');">COD基本穩(wěn)定?？刂七M(jìn)水氨氮濃度300mg/l，酚200mg/l氰20mg/l；并保證厭氧池溫度在3545，缺氧池溫度在2535,兩池pH值在69， 3.1.2好氧池的培養(yǎng)馴化    利用好氧池原有污泥進(jìn)行培養(yǎng)馴化，同時(shí)向好氧池投加工業(yè)葡萄糖作為微生物的補(bǔ)充碳源，按照進(jìn)水濃度、進(jìn)

20、水量和公式（BOD5）：N：P=100：5：1計(jì)算磷源（采用磷酸二氫鉀作為磷源）用量。另外考慮到好氧池污泥濃度低，耐負(fù)荷能力較生物膜系統(tǒng)差，又在進(jìn)好氧池添加部分工業(yè)水進(jìn)行稀釋，根據(jù)好氧池污泥性狀和出水指標(biāo)，逐步增加蒸氨廢水流量，減少稀釋水用量。經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的培養(yǎng)馴化，SV30達(dá)到30%左右，蒸氨廢水處理量為3035t/h，好氧池出水酚、氰0.5/mg/l,onclick="g('COD');">COD基本穩(wěn)定在200300mg/l。3.1.3硝化細(xì)菌與反硝化細(xì)菌的馴化培養(yǎng)在缺氧池和好氧池污泥培養(yǎng)過(guò)程中，根據(jù)進(jìn)水pH的變化采用純堿調(diào)節(jié)，使其穩(wěn)定在78.5之

21、間，并隨污泥的增長(zhǎng)逐漸加大曝氣量，使DO保持在35mg/l,經(jīng)過(guò)1個(gè)月后，缺氧池開始有氣泡生成，并隨回流污水量的加大，氣泡也增多。經(jīng)過(guò)對(duì)缺氧池和好氧池進(jìn)出水水質(zhì)的化驗(yàn)也表明氨氮和硝態(tài)氮的去處率也在逐漸增加。   但在好氧池的SV%增長(zhǎng)到25%，MLSS在2.5g/l左右時(shí)，由于風(fēng)量供應(yīng)不足，使得DO明顯降低，缺氧池氣泡也明顯減少，硝化和反硝化效果變差。3.1.4后混凝系統(tǒng)的調(diào)試  首先對(duì)聚合硫酸鐵混凝劑作了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的試驗(yàn)，結(jié)果表明投加量在100300mg/l時(shí)效果最佳。由于二沉池有部分外排水送到熄焦池熄焦導(dǎo)致進(jìn)入混凝系統(tǒng)的水量有規(guī)律波動(dòng)，因此投藥量也要

22、作相應(yīng)調(diào)整，否則影響外排水質(zhì)；另外，混凝沉淀池排泥要及時(shí)，防止出水懸浮物和onclick="g('COD');">COD濃度增高。3.2影響因素3.2.1溶解氧（DO）  硝化菌是專性好氧菌，以氧化NH3-N或NO2-N以獲得足夠的能量用于生長(zhǎng)。故DO的高低直接影響硝化菌的生長(zhǎng)及活性。當(dāng)DO升高時(shí)，硝化速率亦增加，當(dāng)DO低于0.5mg/l時(shí)，硝化反應(yīng)趨于停止。焦化廢水的調(diào)試結(jié)果表明，好氧池DO應(yīng)控制在35mg/l。    氧的存在會(huì)抑制異化反硝化細(xì)菌對(duì)硝酸鹽的還原，從而影響脫氮能否進(jìn)行到底。有資料報(bào)道，氧能抑制有

23、些反硝化細(xì)菌合成硝酸鹽還原酶，氧可以作為電子受體，從而競(jìng)爭(zhēng)性的阻礙硝酸鹽的還原。只有在環(huán)境中DO為零時(shí)，反硝化速率才達(dá)到最高；隨著DO的上升，反硝化速率逐漸趨于零。測(cè)試結(jié)果也表明懸浮污泥反硝化系統(tǒng)缺氧區(qū)的DO應(yīng)控制在0.5mg/l以下，生物膜法反硝化系統(tǒng)DO可稍微高些，控制在1.0mg/l以下即可。    目前該酚氰處理站鼓風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，風(fēng)量嚴(yán)重不足，尤其進(jìn)入夏季，氣溫升高，風(fēng)機(jī)性能降低，導(dǎo)致好氧池出水溶解氧<2mg/l，有時(shí)為零，影響了硝化細(xì)菌的增長(zhǎng)速度和泥齡的提高，導(dǎo)致硝化速率較低，因此針對(duì)風(fēng)量較小一是加快新風(fēng)機(jī)的采購(gòu)，另外適當(dāng)降低污泥濃度，使SV和MLSS

24、分別控制在20%和2.5g/l左右，化驗(yàn)結(jié)果表明氨氮去除率由原來(lái)的30%提高到60%。3.2.2溫度  溫度對(duì)硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)和硝化速率有較大影響。大多數(shù)硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌適宜的生長(zhǎng)溫度在2535    之間，低于25或高于30生長(zhǎng)減慢，5以下硝化反應(yīng)將基本停止。該系統(tǒng)在冬季通過(guò)適當(dāng)提高蒸氨廢水溫度和在4#吸水井加蒸汽管加熱等方法來(lái)提高水溫，基本能夠滿足要求。3.2.3pH或堿度  硝化反應(yīng)最佳的pH為8.08.4，通過(guò)向好氧池投加Na2CO3來(lái)調(diào)節(jié)。反硝化pH為78，超8.5缺氧池內(nèi)氣泡明顯減少，反硝化率降低，pH高于9.0時(shí)，氣泡

25、幾乎消失，反硝化率接近0。  由于蒸氨系統(tǒng)操作不穩(wěn)定，經(jīng)常造成生化系統(tǒng)進(jìn)水pH值較大波動(dòng)（5.010.0），其中一多半時(shí)間pH小于6.5,相應(yīng)增加了投堿量和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。2004年5月份通過(guò)對(duì)蒸氨系統(tǒng)操作系統(tǒng)的改動(dòng)，向剩余氨水加入NaOH來(lái)去除固定銨，同時(shí)達(dá)到降低氨氮，穩(wěn)定和適當(dāng)提高pH，極大改善了生化系統(tǒng)的操作。經(jīng)改動(dòng)后，生化進(jìn)水氨氮由300700mg/l降到100200mg/l，pH穩(wěn)定在8.09.0。好氧池氨氮去除率達(dá)到80%以上，缺氧池反硝化效果也明顯改善，反硝化率達(dá)到60%。  3.2.4有機(jī)物與氨氮比值（C/N）   &

26、#160; 廢水中各種有機(jī)基質(zhì)，如苯酚類及苯類物質(zhì)是硝化和反硝化反應(yīng)過(guò)程中的電子供體，是微生物的營(yíng)養(yǎng)之一，它與廢水中的氮含量的比值，是反硝化的重要條件，通常以BOD5/TN大于3為前提或以onclick="g('COD');">COD/TKN大于4的要求來(lái)控制進(jìn)水水質(zhì)。當(dāng)廢水中的BOD5/TN大于3時(shí)，即可順利進(jìn)行反硝化反應(yīng)，達(dá)到脫氮的目的，無(wú)須外加碳源。當(dāng)BOD5/TN小于3時(shí)，需另加碳源達(dá)到理想的脫氮效果。經(jīng)過(guò)蒸氨后的焦化廢水基本滿足('COD');">COD/NH3-N大于6的要求。3.2.5泥齡